具有线性切割聚能装药结构的爆破装置及爆破方法

1.本发明涉及岩石爆破技术领域，尤其涉及一种具有线性切割聚能装药结构的爆破装置及爆破方法。


背景技术：

2.在矿山开采过程中，经常需要采用爆破手段破碎大块岩石。聚能爆破是目前常用的一种爆破方式，相比于打眼爆破方式，采用聚能爆破方式，爆炸时产生的冲击波也具有更好的方向性，安全性更高。
3.在采用聚能爆破方式时，目前常用的药型罩为向上弯曲形成横截面为三角形的凹槽，若采用这种药型罩，在进行爆破时，存在最大头部射流速度小，射流长度小，碎石效果差的技术问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供一种具有线性切割聚能装药结构的爆破装置，能够提高碎石效果。
5.第一方面，本发明实施例提供一种具有线性切割聚能装药结构的爆破装置，包括壳体和药型罩；所述壳体包括顶板和侧板，所述侧板与所述顶板相连并与所述顶板一起围成一端具有聚能口的装药结构，所述聚能口用于在所述装药结构中所装的炸药爆炸后所产生的动能进行定向线性汇聚；所述药型罩设在所述壳体的聚能口处，并与所述壳体围成一用于装设炸药的封闭腔体；所述药型罩为抛物面形的金属罩，所述药型罩的周缘外侧与所述聚能口的内侧固定连接，所述药型罩的抛物面朝向所述壳体的顶板方向凹入。
6.可选的，所述聚能口为长形开口，所述药型罩的抛物面为与所述长形开口相适应的长形抛物面，以在所述装药结构中所装的炸药爆炸后所产生的动能进行线性汇聚，并冲击所述药型罩形成用于对岩体进行线性切割的金属流；其中，所述长形抛物面的横截面为抛物线形。
7.可选的，所述侧板自与所述顶板的连接位置处，朝向所述聚能口的方向收缩形成所述聚能口。
8.可选的，所述药型罩的抛物面的厚度为一毫米，所述侧板的高度与所述聚能口的宽度比为2，焦距为0.4。
9.可选的，所述药型罩的抛物面上，相对于所述抛物面的中心面对称布设有多个凹陷部，每个凹陷部朝向所述封闭腔体的内部凹入。
10.可选的，所述爆破装置还包括起爆雷管和炸高装置；所述起爆雷管竖向设于所述封闭腔体内，所述起爆雷管的底端与所述药型罩的抛物面的顶端相对应，且所述起爆雷管的中心轴线与所述药型罩的抛物面的中心轴线相重合；所述炸高装置设在待爆破岩石上，所述壳体支撑在所述炸高装置上，所述药型罩抛物面朝向所述炸高装置。
11.第二方面，本发明实施例提供一种基于线性切割聚能装药结构的岩体爆破方法，
包括：确定待爆破岩体的爆破入侵面；在所述爆破入侵面上放置爆破装置；所述爆破装置为前述任一项所述的爆破装置；引爆所述爆破装置中的起爆雷管，所述起爆雷管爆炸后，引爆所述壳体中的炸药；所述壳体中的炸药爆炸后，将所述药型罩的顶部炸裂，形成金属射流，所述金属射流冲击待爆破的岩体的爆破入侵面，在所述待爆破的岩体的爆破入侵面中形成裂缝；所述壳体中的炸药爆炸时产生的气体沿所述裂缝产生冲击力，以使所述裂缝的长度进一步变长。
12.可选的，所述壳体中的炸药爆炸后，将所述药型罩的顶部炸裂，形成金属射流，所述金属射流冲击待爆破的岩体的爆破入侵面，在所述待爆破的岩体的爆破入侵面中形成裂缝，包括：所述壳体中的炸药爆炸后，将所述药型罩的顶部炸裂，形成第一金属射流，所述第一金属射流对所述待爆破的岩体的爆破入侵面产生爆破冲击，在所述爆破入侵面产生第一裂缝；所述壳体中的炸药爆炸后，将所述药型罩的侧部炸裂，形成第二金属射流，所述第二金属射流进入所述第一裂缝，对所述第一裂缝进行扩张形成第二裂缝；
13.其中，所述壳体中的炸药爆炸时产生的气体沿所述裂缝产生冲击力，以使所述裂缝的长度进一步变长，包括：所述壳体中的炸药爆炸时产生的气体沿所述第二裂缝产生冲击力，以使所述第二裂缝的长度进一步变长。
14.可选的，所述第一金属射流的最大头部射流速度为5110m/s。
15.本发明实施例提供一种具有线性切割聚能装药结构的爆破装置，包括壳体和药型罩；所述壳体包括顶板和侧板，所述侧板与所述顶板相连并与所述顶板一起围成一端具有聚能口的装药结构，所述聚能口用于在所述装药结构中所装的炸药爆炸后所产生的动能进行定向线性汇聚；所述药型罩设在所述壳体的聚能口处，并与所述壳体围成一用于装设炸药的封闭腔体；所述药型罩为抛物面形的金属罩，所述药型罩的周缘外侧与所述聚能口的内侧固定连接，所述药型罩的抛物面朝向所述壳体的顶板方向凹入。这样一来，相比于现有技术中的药型罩，本发明实施例中的药型罩的母线长度较长，因此在封闭腔体中的炸药爆炸，将药型罩炸成碎片时，可以提高金属流的最大头部射流速度，且同时能够降低杵体(即未形成金属流的药型罩)的体积，因此能够提高射流长度，进而能够提高碎石效果。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
17.图1为本发明实施例提供的一种具有线性切割聚能装药结构的爆破装置的横截面的结构示意图；
18.图2为采用现有的药型罩以及本发明实施例中的药型罩时的杵体以及射流长度的示意图；
19.图3为采用本发明实施例中的药型罩时进行爆炸的仿真图形；
20.图4为本发明实施例提供的另一种具有线性切割聚能装药结构的爆破装置的横截面的结构示意图；
21.图5为本发明实施例提供的一种具有线性切割聚能装药结构的爆破装置的立体结
构示意图；
22.图6为本发明实施例中的一种炸高装置的制作方法示意图；
23.图7为本发明实施例提供的一种线性切割聚能装药结构的岩体爆破方法的流程示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
25.应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明实施例提供了一种具有线性切割聚能装药结构的爆破装置，参见图1，本发明实施例提供的爆破装置可以包括壳体1和药型罩2；所述壳体1包括顶板和侧板，所述侧板与所述顶板相连并与所述顶板一起围成一端具有聚能口的装药结构，所述聚能口用于在所述装药结构中所装的炸药爆炸后所产生的动能进行定向线性汇聚；所述药型罩2设在所述壳体1的聚能口处，并与所述壳体1围成一用于装设炸药的封闭腔体；所述药型罩2为抛物面形的金属罩，所述药型罩2的周缘外侧与所述聚能口的内侧固定连接，所述药型罩2的抛物面朝向所述壳体1的顶板方向凹入。
27.在本发明实施例中，爆破装置可以包括壳体1和药型罩2，壳体1可以包括顶板和侧板。所述侧板与所述顶板相连在一起，且两者一起围成一端具有聚能口的装药结构，用于存储炸药。所述聚能口用于在所述装药结构中所装的炸药爆炸后所产生的动能向同一方向进行定向线性汇聚，以提高动能的使用效率以及碎石效果。
28.所述药型罩2固定在所述壳体1的聚能口处，并与所述壳体1围成一用于装设炸药的封闭腔体，具体的，炸药可以为三硝基甲苯。所述药型罩2为抛物面形的金属罩，所述药型罩2的周缘外侧与所述聚能口的内侧固定连接，所述药型罩2的抛物面朝向所述壳体1的顶板方向凹入。由于药型罩2的形状为抛物面，母线长度相较于目前常用的药型罩2较长，因此在封闭腔体中的炸药爆炸，将药型罩2炸成碎片时，可以提高金属流的最大头部射流速度，且同时能够降低杵体(即未形成金属流的药型罩2)的体积，如图2所示，其中，上图为采用现有的药型罩时的杵体以及射流长度的示意图，下图为采用本发明中的药型罩时的杵体以及射流长度的示意图，因此能够提高射流长度，进而能够提高碎石效果。
29.可选的，在本发明的一个实施例中，所述聚能口为长形开口，所述药型罩2的抛物面为与所述长形开口相适应的长形抛物面，以在所述装药结构中所装的炸药爆炸后所产生的动能进行线性汇聚，并冲击所述药型罩2形成用于对岩体进行线性切割的金属流；其中，所述长形抛物面的横截面为抛物线形。
30.在本发明实施例中，如图1所示，聚能口为长形开口，具体可以为宽度尺寸较小的长方形，该长形开口的宽度可以根据实际需要进行设计。所述药型罩2的抛物面的下方的形状与所述长形开口相适应。这样一来，装药结构中所装的炸药爆炸后所产生的动能通过上述长形开口进行线性汇聚，并对药型罩2产生强大的冲击力，从而将药型罩2炸碎成碎片，这些高速运动的碎片金属流可以对岩体形成线性切割作用，以实现碎石效果。
31.可选的，在本发明的一个实施例中，所述侧板自与所述顶板的连接位置处，朝向所
述聚能口的方向收缩形成所述聚能口。
32.在本发明实施例中，侧板与顶板相连接，且侧板从连接位置处，朝向聚能口的方向进行收缩，从而形成聚能口。采用上述方式形成的聚能口，炸药在爆炸时产生的动能被集中在面积较小的聚能口，因而能够增大金属流的最大头部射流速度，进一步可以提高碎石效果。
33.可选的，在本发明的一个实施例中，所述药型罩2的抛物面的厚度为一毫米，所述侧板的高度与所述聚能口的宽度比为2，焦距为0.4。
34.在本发明实施例中，通过对爆炸效果的仿真结果进行分析，发明人发现，药型罩2的抛物面的最优厚度值为1毫米，当采用该最优厚度值时，可以增大金属流的最大头部射流速度。类似的，所述侧板的高度值为聚能口的宽度值的2倍，在一个例子中，侧板的高度值可以为80mm，聚能口的宽度值为40mm。当采用该最优长度值时，可以增大金属流的最大头部射流速度。焦距的最优值可以为0.4，当采用该最优值时，可以增大金属流的最大头部射流速度。在一个例子中，可以同时采用上述三项最优值，从而可以最大限度地增大金属流的最大头部射流速度，因而可以最大限度地提高碎石效果。如图3所示，即为在这种情况下进行爆炸的仿真图形。
35.可选的，在本发明的一个实施例中，所述药型罩2的抛物面上，相对于所述抛物面的中心面对称布设有多个凹陷部，每个凹陷部朝向所述封闭腔体的内部凹入。
36.在本发明实施例中，可以相对于抛物面的中心面对称布设多个凹陷部，每个凹陷部朝向封闭腔体的内部凹入，本发明实施例对凹陷部的弧度不作具体限定。采用这种结构，能够进一步增强爆炸效果，具体的，可以增大金属流的最大头部射流速度以及金属流的长度，进而可以增强碎石效果。
37.可选的，在本发明的一个实施例中，所述爆破装置还包括起爆雷管和炸高装置3；所述起爆雷管竖向设于所述封闭腔体内，所述起爆雷管的底端与所述药型罩2的抛物面的顶端相对应，且所述起爆雷管的中心轴线与所述药型罩2的抛物面的中心轴线相重合；所述炸高装置3设在待爆破岩石上，所述壳体1支撑在所述炸高装置3上，所述药型罩2抛物面朝向所述炸高装置3。
38.在本发明实施例中，如图4以及图5所示，爆破装置还可以包括起爆雷管和炸高装置3；起爆雷管可以竖向设于所述封闭腔体内，起爆雷管的上半部分位于顶板上部，下半部分位于顶板的下部，即下半部分位于封闭腔体内，与腔体中的炸药相接触，以便使得起爆雷管在爆炸时能够引爆炸药。起爆雷管的底端与药型罩2的抛物面的顶端相对应，且起爆雷管的中心轴线可以与所述药型罩2的抛物面的中心轴线相重合，即两者的中心轴线在同一条直线上。炸高装置3可以设在待爆破岩石上，具体可以放置在待爆破岩石的一个平面上，壳体1可以支撑在炸高装置3上，且药型罩2抛物面朝向所述炸高装置3。采用上述设置方式，能够增强爆炸效果，具体的，可以增大金属流的最大头部射流速度以及金属流的长度，进而可以增强碎石效果。
39.在一个例子中，如图6所示，炸高装置3的制作方法可以为，采用硬质纸箱裁出三等分长度的长方形，然后在首尾用胶带相连接，截面为等边三角形的形状。炸高装置的一个典型高度为40mm。
40.本发明实施例提供了基于线性切割聚能装药结构的岩体爆破方法，参见图7，包
括：
41.s11，确定待爆破岩体的爆破入侵面；
42.在本步骤中，可以根据需要达到的爆破效果以及待爆破岩体的具体形状，确定待爆破岩体的爆破入侵面。在一个例子中，爆破入侵面可以为较为平滑的平面，以便于能较为稳定地放置爆破装置。
43.s12，在所述爆破入侵面上放置爆破装置；所述爆破装置为前述任一项爆破装置；
44.在本步骤中，可以在爆破入侵面上放置爆破装置，具体的，爆破装置可以为前述实施例中的爆破装置中的任意一种，因此爆破装置中的药型罩的形状为抛物面型，具有母线较长的特点。
45.s13，引爆所述爆破装置中的起爆雷管，所述起爆雷管爆炸后，引爆所述壳体中的炸药；
46.在本步骤中，起爆雷管中可以设置有导火索，引燃导火索之后，可以引爆起爆雷管，起爆雷管可以进一步引爆壳体中的炸药。
47.s14，所述壳体中的炸药爆炸后，将所述药型罩的顶部炸裂，形成金属射流，所述金属射流冲击待爆破的岩体的爆破入侵面，在所述待爆破的岩体的爆破入侵面中形成裂缝；
48.在本步骤中，壳体中的炸药在爆炸时产生的巨大能量，能够将药型罩的顶部炸裂成碎片，形成金属射流。金属射流可以在炸高装置中进行加速，当高速金属射流对待爆破的岩体的爆破入侵面发生冲击时，会在待爆破岩体中形成裂缝。由于本发明实施例中的药型罩的形状为抛物面，母线长度相较于目前常用的药型罩较长，因此在封闭腔体中的炸药爆炸，将药型罩炸成碎片时，可以提高金属流的最大头部射流速度，且同时能够降低杵体(即未形成金属流的药型罩)的体积，因此能够提高射流长度，进而能够提高碎石效果。
49.s15，所述壳体中的炸药爆炸时产生的气体沿所述裂缝产生冲击力，以使所述裂缝的长度进一步变长。
50.在本步骤中，壳体中的炸药爆炸时产生的高压气体，会沿裂缝产生强大的冲击力，从而使得裂缝的长度进一步变长，增加侵彻深度，进一步增强了碎石效果。
51.可选的，在本发明的一个实施例中，所述壳体中的炸药爆炸后，将所述药型罩的顶部炸裂，形成金属射流，所述金属射流冲击待爆破的岩体的爆破入侵面，在所述待爆破的岩体的爆破入侵面中形成裂缝(步骤s14)，可以包括：所述壳体中的炸药爆炸后，将所述药型罩的顶部炸裂，形成第一金属射流，所述第一金属射流对所述待爆破的岩体的爆破入侵面产生爆破冲击，在所述爆破入侵面产生第一裂缝；所述壳体中的炸药爆炸后，将所述药型罩的侧部炸裂，形成第二金属射流，所述第二金属射流进入所述第一裂缝，对所述第一裂缝进行扩张形成第二裂缝；
52.其中，所述壳体中的炸药爆炸时产生的气体沿所述裂缝产生冲击力，以使所述裂缝的长度进一步变长，可以包括：所述壳体中的炸药爆炸时产生的气体沿所述第二裂缝产生冲击力，以使所述第二裂缝的长度进一步变长。
53.在本发明实施例中，壳体中的炸药爆炸后产生的强大能量，能够将所述药型罩的顶部炸裂成金属碎片，这些高速运动的金属碎片可以形成第一金属射流。第一金属射流经过加速之后，可以对待爆破的岩体的爆破入侵面产生爆破冲击，从而可以在爆破入侵面产生第一裂缝。壳体中的炸药爆炸后，还可以将药型罩的侧部炸裂，形成第二金属射流，第二
金属射流在经过加速过程之后，进入前述过程中形成的第一裂缝，对第一裂缝进行扩张形成第二裂缝，因此第二裂缝的宽度比第一裂缝更大。
54.相应的，所述壳体中的炸药爆炸时产生的高压气体可以沿第二裂缝产生冲击力，以使所述第二裂缝的长度进一步变长，从而可以提高对待爆破岩体的侵彻深度，进而可以提升碎石效果。
55.可选的，在本发明的一个实施例中，所述第一金属射流的最大头部射流速度为5110m/s。
56.在本发明实施例中，在将药型罩的抛物面的厚度设置为一毫米，侧板的高度与所述聚能口的宽度比为2，且焦距设置为0.4的情况下，第一金属射流的最大头部射流速度可以高达5110m/s。相比之下，在采用现有的药型罩时，最大头部射流速度仅为4872m/s。
57.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
58.本发明实施例中术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
59.本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
60.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种具有线性切割聚能装药结构的爆破装置，其特征在于，包括壳体和药型罩；所述壳体包括顶板和侧板，所述侧板与所述顶板相连并与所述顶板一起围成一端具有聚能口的装药结构，所述聚能口用于在所述装药结构中所装的炸药爆炸后所产生的动能进行定向线性汇聚；所述药型罩设在所述壳体的聚能口处，并与所述壳体围成一用于装设炸药的封闭腔体；所述药型罩为抛物面形的金属罩，所述药型罩的周缘外侧与所述聚能口的内侧固定连接，所述药型罩的抛物面朝向所述壳体的顶板方向凹入。2.根据权利要求1所述的爆破装置，其特征在于，所述聚能口为长形开口，所述药型罩的抛物面为与所述长形开口相适应的长形抛物面，以在所述装药结构中所装的炸药爆炸后所产生的动能进行线性汇聚，并冲击所述药型罩形成用于对岩体进行线性切割的金属流；其中，所述长形抛物面的横截面为抛物线形。3.根据权利要求1所述的爆破装置，其特征在于，所述侧板自与所述顶板的连接位置处，朝向所述聚能口的方向收缩形成所述聚能口。4.根据权利要求1所述的爆破装置，其特征在于，所述药型罩的抛物面的厚度为一毫米，所述侧板的高度与所述聚能口的宽度比为2，焦距为0.4。5.根据权利要求2所述的爆破装置，其特征在于，所述药型罩的抛物面上，相对于所述抛物面的中心面对称布设有多个凹陷部，每个凹陷部朝向所述封闭腔体的内部凹入。6.根据权利要求1所述的爆破装置，其特征在于，所述爆破装置还包括起爆雷管和炸高装置；所述起爆雷管竖向设于所述封闭腔体内，所述起爆雷管的底端与所述药型罩的抛物面的顶端相对应，且所述起爆雷管的中心轴线与所述药型罩的抛物面的中心轴线相重合；所述炸高装置设在待爆破岩石上，所述壳体支撑在所述炸高装置上，所述药型罩抛物面朝向所述炸高装置。7.一种基于线性切割聚能装药结构的岩体爆破方法，其特征在于，包括：确定待爆破岩体的爆破入侵面；在所述爆破入侵面上放置爆破装置；所述爆破装置为前述权利要求1至6中任一项所述的爆破装置；引爆所述爆破装置中的起爆雷管，所述起爆雷管爆炸后，引爆所述壳体中的炸药；所述壳体中的炸药爆炸后，将所述药型罩的顶部炸裂，形成金属射流，所述金属射流冲击待爆破的岩体的爆破入侵面，在所述待爆破的岩体的爆破入侵面中形成裂缝；所述壳体中的炸药爆炸时产生的气体沿所述裂缝产生冲击力，以使所述裂缝的长度进一步变长。8.根据权利要求7所述的爆破方法，其特征在于，所述壳体中的炸药爆炸后，将所述药型罩的顶部炸裂，形成金属射流，所述金属射流冲击待爆破的岩体的爆破入侵面，在所述待爆破的岩体的爆破入侵面中形成裂缝，包括：所述壳体中的炸药爆炸后，将所述药型罩的顶部炸裂，形成第一金属射流，所述第一金属射流对所述待爆破的岩体的爆破入侵面产生爆破冲击，在所述爆破入侵面产生第一裂缝；所述壳体中的炸药爆炸后，将所述药型罩的侧部炸裂，形成第二金属射流，
所述第二金属射流进入所述第一裂缝，对所述第一裂缝进行扩张形成第二裂缝；其中，所述壳体中的炸药爆炸时产生的气体沿所述裂缝产生冲击力，以使所述裂缝的长度进一步变长，包括：所述壳体中的炸药爆炸时产生的气体沿所述第二裂缝产生冲击力，以使所述第二裂缝的长度进一步变长。9.根据权利要求7所述的爆破方法，其特征在于，所述第一金属射流的最大头部射流速度为5110m/s。

技术总结
本发明实施例公开一种具有线性切割聚能装药结构的爆破装置以及爆破方法，涉及岩石爆破技术领域，能够提高碎石效果。所述爆破装置包括壳体和药型罩；所述壳体包括顶板和侧板，所述侧板与所述顶板相连并与所述顶板一起围成一端具有聚能口的装药结构，所述聚能口用于在所述装药结构中所装的炸药爆炸后所产生的动能进行定向线性汇聚；所述药型罩设在所述壳体的聚能口处，并与所述壳体围成一用于装设炸药的封闭腔体；所述药型罩为抛物面形的金属罩，所述药型罩的周缘外侧与所述聚能口的内侧固定连接，所述药型罩的抛物面朝向所述壳体的顶板方向凹入。本发明实施例应用于岩石爆破的场景。场景。场景。


技术研发人员：杨仁树 郭雁潮 彭苏萍 肖成龙
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/9